LCD a jejich technologie 1 - jak to funguje

17. 4. 2013 07:00 Rubrika: Technologie Autor: Jan Konvalina

Monitor je jedna z nejdůležitějších součástí notebooku. Kromě zobrazování výsledného výstupu určuje použitelnost notebooku v různých podmínkách. Od klasických katodových monitorů v portablech jsme se dostali k plochým displejům z tekutých krystalů, které povýšily notebooky na lehké a tenké přístroje, jak je známe dnes. Tento článek si dal za úkol čtenáře seznámit s principy a technologiemi, se kterými se setkáváme právě u LCD monitorů.

LCD a jejich technologie 1 - jak to funguje

Co je to LCD (displej)?

LCD (Liquid Crystal Display) je zobrazovací panel, který funguje na principu tekutých krystalů. Tekutý krystal je látka, která dokáže setrvat jak v kapalném a pevném skupenství, tak vytvořit krystalickou strukturu. To vše je závislé na elektrickém náboji, který je krystalu dodáván. Tyto krystaly jsou vloženy mezi průhledné elektrody a polarizační filtry. Elektrickým nábojem je řízeno natočení těchto krystalů, a díky tomu dochází k řízení průchodu a polarizaci světla.

Zobrazovaná jednotka obrazu, jeden bod, má název pixel. Ten se skládá ze subpixelů, které jsou v každém pixelu 3. A to klasické RGB (červený, zelený, modrý). Kombinací rozsvěcování těchto subpixelů lze dosáhnout vykreslení všech barev spektra. K odfiltrování nežádoucích barev zde slouží i polarizační filtry, které dovolují filtrovat barvy, které jsou nežádoucí.

Jakou technologii LCD dnes najdeme v noteboocích?

TN matrice

Nejstarší a stále nejrozšířenější technologie zobrazení v LCD displejích je TN (twisted nematic). Tyto displeje se vždy vyznačovaly poměrně rychlou odezvou (rychlostí změny barvy pixelu) a nízkými výrobními náklady. Všechny ostatní parametry už jsou horší než u konkurenčního IPS displeje (viz níže). Nejčastěji nabízejí pouze 6bitovů hloubku barev na subpixel, což znamená, že displej umí zobrazit 262 000 odstínů barev. Standardní monitory jsou vybaveny 8bitovými barvami (tzn. 16 miliónů barev) a profesionální monitory i 10bitovými (1 miliarda barev). Počet zobrazovaných barev má vliv na plynulost barevných přechodů a například věrnost fotografií. Dále jsou u TN technologie špatné pozorovací uhly, které způsobují, že se barvy při pohledu ze stran začnu velmi brzy invertovat.

A jak TN LCD funguje? U displeje je krystal v klidovém stavu, pokud na něj není přivedeno napětí, a pak pixel propouští světlo. Pokud je na elektrody krystalu přivedeno napětí, ten se šroubovitě stočí a zamezí prostupu světla. Princip je efektivní hlavně po stránce energetické náročnosti, kdy je potřeba napětí pouze na tmavé barvy. Výhoda to ale není v případě, že dojde k poškození jednoho pixelu. O tom později.

IPS matrice

IPS nabízí oproti TN dobré podání barev a skvělé pozorovací úhly. Je ale dražší a občas má problémy se sléváním tmavších barev.

Technologie byla vyvinuta firmou Hitachi v roce 1996. Od té doby bylo vyvinuto mnoho odvozených a mírně upravených verzí. S-IPS verze přinesla především lepší odezvu a spolehlivější a levnější výrobu. Později přišlo AS-IPS s lepším kontrastem a podáním barev. V roce 2007 přišla firma LG s H-IPS, kde mají subpixely jiný tvar a umožní snazší prostupnost světla. V té době se objevila i technologie e-IPS, tato matrice má sice trošku horší parametry než H-IPS, ale zase je levnější. Kompromis je hlavně v horších pozorovacích úhlech a většinou pouze 6bitových barvách. I tak se jedná o levné a velmi kvalitní displeje, které snad brzy nahradí klasické TN panely. Následující UH-IPS a H2-IPS jsou už jen lehce vylepšené verze H-IPS, které umožní propustit více světla a dosáhnout tak lepšího kontrastu.

U IPS LCD je princip opačný než TN. Krystaly v klidovém stavu bez přivedeného napětí nepropouští světlo. Při elektrickém impulzu se krystal otočí o 90 stupňů, propustí světlo a pomocí polarizace se dosáhne potřebné barvy.

V dnešní době není bohužel vůbec jednoduché zjistit, jakým displejem je notebook vybaven. Někdy informace není ani v technických parametrech na stránkách výrobce. Proto i v době e-shopů je často nejlepší si vybraný model prohlédnout na vlastní oči.

Podsvícení displeje

Abychom ale na takovém displeji něco viděli, je třeba displej podsvítit. Dnes používané technologie podsvícení jsou dvě. CCFL trubice nebo diodové (LED) podsvícení.

CCFL trubice už se dnes používají jen zřídka a nalezneme je hlavně ve starších zařízeních. Od klasických zářivek se technologicky liší jen minimálně. Jsou hlavně užší a ohebnější. Jejich použití skýtalo spíš nevýhody. U CCFL trubic šla regulovat intenzita podsvícení jen v omezeném množství kroků. Dále podléhají rychlejšímu stárnutí a ztrácejí jas. Obraz tím ztrácí kontrast a často získává načervenalý nádech. V neposlední řadě jsou i energeticky náročnější.

LED podsvícení přináší mnoho výhod. Ta první je téměř neomezená životnost, která se pohybuje v řádu desítek tisíc hodin. Diody mají minimální tloušťku a minimální energetickou náročnost, takže lze dosáhnout velmi úzkých vík notebooků. U diod lze snadno regulovat i intenzita podsvícení, avšak u levnějších displejů se objevuje problém s blikající obrazovkou, protože je použita PWM (pulse width modulation)

Dnes už tedy není příliš na výběr, protože drtivá většina dnešních displejů je vybavena LED podsvícením.

Matný nebo lesklý?

Další velmi důležitá vlastnost displeje pro pohodlné používání je povrchová úprava. U levnějších a hlavně multimediálních notebooků se velmi často používá lesklý povrch. Ten velmi pozitivně ovlivňuje především kontrast. Bohužel se v něm odráží sebemenší zdroj světla a zvlášť když je člověk nucen pracovat s oknem za zády a venku je viditelnost na displeji velmi omezena.

Druhá varianta je matná úprava. Ta se častěji vyskytuje u dražších nebo pracovních počítačů. Poskytuje trošku horší kontrast, ale velmi dobře eliminuje jakékoliv odlesky a odrazy. Někdy se při hrubším povrchovém zpracování objevuje efekt „špinavé bíle“. Existují i polomatné povrchy, které se snaží nabídnout to nejlepší z obou variant.

Dotykové displeje

S příchodem Windows 8, které jsou optimalizované pro dotykové displeje, se tyto stále rozšiřují do stále levnějších notebooků a není vyloučeno, že se brzy bude dotykový displej vyskytovat v téměř každém počítači s předinstalovanými Windows 8 a novějšími. Technologie dotykových displejů u notebooku se v principu neliší od dnešních dotykových telefonů. Dnes už se setkáváme výhradně s kapacitní technologií. Ta není obsažena přímo v displeji, ale jedná se o doplňkovou vrstvu před samotným displejem, která má vlastní řídící elektroniku. Ta reaguje v místě, kde se uzavře obvod. Z toho vyplývá nevýhoda že, se dá takový displej ovládat pouze prstem nebo speciálním stylusem. Řídící elektronika tedy zareaguje na dotyk prstem, rozpozná místo a informuje o tom operační systém. Dotykové displeje už jsme dopodrobna rozebírali v našem článku "Dotykové displeje – z mobilů na velké plochy".